CN120898009A

CN120898009A - 球团矿的制造方法

Info

Publication number: CN120898009A
Application number: CN202480022232.9A
Authority: CN
Inventors: 中村直人; 竹原健太; 堀田谦弥; 藤原颂平; 岩见友司; 樋口隆英
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2023-03-27
Filing date: 2024-02-05
Publication date: 2025-11-04
Also published as: EP4671392A1; AU2024246346A1; JP7529186B1; JPWO2024202534A1

Abstract

本发明提供对于通过向原料添加水分进行造粒的造粒工序和烧成造粒物的烧成工序而制造的球团矿而言能够更有效地抑制爆裂的球团矿的制造方法。球团矿的制造方法具有：造粒工序，在将含有铁成分含有率为63mass%以下的铁矿石和副原料的粉状物质配合而成的原料中添加水分，进行造粒；以及烧成工序，包含干燥/预热区域和随后的烧成区域，对得到的造粒物进行烧成，在烧成工序之前，测定原料的比表面积及真密度、造粒工序中的水分添加量，使用得到的测定值推定烧成工序的干燥/预热区域中的干燥温度及气体流速的适当值，并使用推定的干燥温度及气体流速的适当值进行烧成工序中的干燥/预热区域的处理。

Description

球团矿的制造方法

技术领域

本发明涉及在竖炉等中作为装入原料而使用的球团矿的制造方法。

背景技术

作为直接还原制铁法，在目前主流的竖炉方式的还原中，块矿、球团矿被用作装入原料。球团矿经过将矿石进行粉碎、混合、造粒及烧成的各工序而制造。已知在烧成工序中，由于烧成前的铁矿石球团(即所谓的生球团)中的水分蒸发，会发生生球团爆炸、粉化的爆裂(bursting)这样的现象，球团矿的成品率下降。

专利文献1中公开了一种包含铁矿石及副原料、有机粘合剂的生球团的制造方法。在该制造方法中，相对于大量包含结晶水的原料铁矿石的配合比例，通过控制溶解有有机粘合剂的水的粘度，能够抑制将生球团进行烧成时发生爆裂。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020-180371号公报

发明内容

发明所要解决的问题

目前，在球团矿的原料矿石(铁矿石)中通常使用结晶水少的高品位矿石。然而，今后随着高品位矿石需求的增加，可以预测稳定地获得高品位矿石变得困难。因此，正在探讨澳大利亚、印度等产出的全部Fe成分低于63mass%的低品位矿石的充分利用。如果铁矿石球团(生球团)中的结晶水增加，则如上所述在烧成后的球团矿中容易发生爆裂，因此期望改进旨在抑制爆裂的球团矿的制造方法。

在这方面，专利文献1的生球团制造方法中并没有考虑生球团的合适的原料粒度和水分添加量、以及合适的干燥条件。因此，烧成后的球团矿的爆裂的抑制是不充分的，期望能够更有效地抑制爆裂的新的球团矿的制造方法。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够更有效地抑制爆裂的球团矿的制造方法，该球团矿是通过在原料中添加水分进行造粒的造粒工序和对造粒物进行烧成的烧成工序而制造的。

解决问题的方法

本发明的球团矿的制造方法具有：造粒工序，在将含有铁成分含有率为63mass%以下的铁矿石和副原料的粉状物质配合而成的原料中添加水分，进行造粒；和烧成工序，包含干燥/预热区域和随后的烧成区域，对得到的造粒物进行烧成，在上述烧成工序之前，测定上述原料的比表面积及真密度、造粒工序中的水分添加量，使用得到的测定值推定上述烧成工序的干燥/预热区域中的干燥温度及气体流速的适当值，并使用推定的干燥温度及气体流速的适当值进行上述烧成工序中的干燥/预热区域的处理。

需要说明的是，可以认为在如上所述地构成的本发明的球团矿的制造方法中，更优选的解决方法为：

(1)使用上述原料的比表面积及真密度、造粒工序中的水分添加量的测定值，以由下述式(1)求出的爆裂指数X为0.100以上且3.000以下的方式确定干燥温度及气体流速，由此进行上述烧成工序的干燥/预热区域中的干燥温度及气体流速的适当值的推定，

式中，

S_m：原料的比表面积(cm²/g)，

ρ：原料的真密度(g/cm³)，

M：造粒工序中的水分添加量(mass%)，

T：干燥温度(℃)，

V：气体流速(m/s)。

发明的效果

根据本发明的球团矿的制造方法，对于通过在原料中添加水分进行造粒的造粒工序和对造粒物进行烧成的烧成工序而制造的球团矿而言，能够更有效地抑制爆裂。

附图说明

图1是用于对本发明的球团矿的制造方法的一个实施方式的工序进行说明的流程图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施的方式具体地进行说明。需要说明的是，以下的实施方式示例出了用于将本发明的技术思想具体化的装置、方法，并不将构成限定于下述内容。即，本发明的技术思想可以在权利要求书所记载的技术范围内施加各种变更。

图1是用于对本发明的球团矿的制造方法的一个实施方式的工序进行说明的流程图。以下，参照图1对本发明的球团矿的制造方法的一个实施方式进行说明。本实施方式的球团矿的制造方法包括造粒工序和烧成工序。在造粒工序中，向将含有铁成分含有率为63mass%以下的铁矿石(所谓的低品位矿石)和副原料的粉状物质配合而成的原料中添加水分，进行造粒，得到造粒物。烧成工序包含干燥/预热区域和随后的烧成区域，对得到的造粒物进行烧成，得到(烧成)球团矿。需要说明的是，在本发明中，将对象限定成铁成分含有率为63mass%以下的铁矿石(所谓的低品位矿石)的原因在于，对于铁成分含有率超过63mass%的铁矿石(所谓的高品位矿石)而言，爆裂的影响并不明显。

本实施方式的球团矿的制造方法的特征在于以下的方面。首先，在烧成工序之前，测定原料的比表面积及真密度、造粒工序中的水分添加量。然后，使用得到的测定值，推定烧成工序的干燥/预热区域中的干燥温度及气体流速的适当值。然后，使用推定的干燥温度及气体流速的适当值来进行烧成工序的干燥/预热区域的处理。需要说明的是，在以下的说明中，将铁成分含有率为63mass%以下的铁矿石简称为铁矿石。

根据本实施方式的球团矿的制造方法，能够抑制爆裂。需要说明的是，爆裂是指在对铁矿石球团(生球团)进行加热时，由于生球团中的水分蒸发，生球团发生爆裂、粉化的现象。

以下，对本实施方式的球团矿的制造方法中的比表面积及真密度、水分添加量、干燥温度、气体流速及爆裂指数X进行详细说明。需要说明的是，在以下的说明中，为了区分烧成前后的球团矿，有时将铁矿石球团(烧成前的球团矿)称为生球团，将烧成后的球团矿称为烧成球团矿。生球团及烧成球团矿可以包含除铁矿石以外的副原料(例如膨润土)。另外，作为生球团的原料的铁矿石的种类、配合(矿石配合)没有特别限定。生球团的原料可以由单一的铁矿石构成，也可以将多种矿石以任意的配合进行混合而成。

<关于比表面积及真密度>

从生球团蒸发的水会提高内压，从而发生爆裂，因此对于作为粉体填充层的生球团而言，可以认为如果对于蒸汽的透过阻力高，则容易发生爆裂。对于比表面积而言，因其测定方法可反映对于透过粉体填充层的流体的阻力，因此是对爆裂性造成影响的重要因素。

另外，真密度基本上由铁矿石的种类而确定。可以根据比表面积和真密度，使用以下的式(2)来估算填充层的平均粒径。如果平均粒径小，则容易形成致密的填充结构，从而影响爆裂。需要说明的是，比表面积可以基于JIS R 5021进行测定，真密度可以基于JIS M8717进行测定。

[数学式1]

<关于水分添加量>

生球团的水分添加量是对爆裂性造成影响的重要因素。如上所述，由于从生球团蒸发的水提高内压而发生爆裂，因此作为蒸汽的产生源的水的多少会对爆裂性造成影响。水分添加量可以通过测定使生球团以105℃进行干燥时的重量变化而计算。

<关于干燥温度>

烧成工序通常可以分为干燥/预热区域和烧成区域。被送至烧成工序的生球团在干燥/预热区域被加热时，内部的水分蒸发而发生爆裂。因此，干燥温度会对爆裂性造成影响。在干燥温度过高的情况下，由于剧烈的蒸发而容易发生爆裂，另一方面，在过低的情况下无法使其充分干燥，可能导致烧成球团矿的强度降低、生产性的降低，因此需要以适当的温度进行干燥。通常，干燥/预热区域中的干燥温度为100~500℃的范围。

<关于气体流速>

在烧成工序中的干燥/预热区域中，通过向生球团吹送热风而进行加热。如果热风的气体流速变快，则热传导率增加，温度容易上升，由于剧烈的蒸发而导致容易发生爆裂。在气体流速慢的情况下无法使其充分干燥，可能导致烧成球团矿的强度降低、生产性的降低，因此需要以适当的气体流速进行干燥。通常，干燥/预热区域中的气体流速为0.1~3.0m/s的范围。

<关于爆裂指数X>

在本发明中，爆裂指数X以式(1)表示，其是对于上述对爆裂造成影响的因素“比表面积”、“真密度”、“水分添加量”、“干燥温度”、“气体流速”，将其影响的程度基于实际实施的数据进行建模而建立数学式所得到的。

式中，

S_m：原料的比表面积(cm²/g)、

ρ：原料的真密度(g/cm³)、

M：造粒工序中的水分添加量(mass%)、

T：干燥温度(℃)、

V：气体流速(m/s)。

式(1)所示的爆裂指数X表示爆裂的容易程度，该值越大表示越容易发生爆裂。在爆裂指数X的值为3.000以下的情况下，能够在抑制爆裂的同时得到烧成球团矿。爆裂指数X的值优选为2.000以下、进一步优选为1.000。另一方面，如果爆裂指数X的值过小，则干燥不充分，在烧成工序中无法充分烧成而导致强度下降。在爆裂指数X的值为0.100以上的情况下，能够确保烧成后强度。尽管烧成后强度没有特别限定，但优选为本技术领域中通常要求的250kg/pellet以上。

接下来，对本发明的球团矿的制造方法中的造粒工序和烧结工序详细地进行说明。

造粒工序是将矿石粉进行造粒而得到铁矿石球团(生球团)的工序。造粒工序中的造粒方法没有限定。在造粒工序中，例如可以使用造粒机将矿石粉进行造粒。作为造粒机，例如可以使用盘型造粒机(所谓的盘式造粒机，pan pelletizer)。在烧成工序中，生球团在经过干燥/预热区域之后被供于烧成区域进行烧成，制成烧成球团矿。烧成区域中的烧成温度例如为1150℃~1350℃。

此外，如上所述，爆裂是指在对生球团进行加热时因生球团中的水分蒸发而导致生球团发生爆裂、粉化的现象。爆裂发生的容易程度、即爆裂性可以基于例如在给定的温度(例如300℃)下对生球团进行加热处理后或生球团的烧成后产生的5.6mm以下的球团矿的比例来进行评价。

具体而言，在烧成工序或在给定的温度下对生球团进行加热处理时(以下记载为烧成工序等)发生了爆裂的情况下，生球团爆裂或粉化而产生细小(例如5.6mm以下)的球团矿碎片。因此，如果烧成工序等中的球团矿碎片的产生量多，则爆裂容易发生(爆裂性高)，从抑制爆裂的观点考虑可以评价为不良好。反之，如果烧成工序等中的球团矿碎片的产生量少，则爆裂不易发生(爆裂性低)，从抑制爆裂的观点考虑可以评价为良好。

如果烧成工序等中的球团矿碎片的产生量为3.0mass%以下，优选为1.5mass%以下、进一步优选为1.0mass%以下，则能够抑制烧成球团矿的成品率降低。因此，如果烧成工序等中的球团矿碎片的产生量为3.0mass%以下，则可以评价为爆裂受到了抑制的优质的球团矿。

实施例

通过以下的步骤制造生球团，评价了爆裂性。

作为生球团的原料的铁矿石(原料矿石)，使用了以下的表1所示的化学组成的矿石(Ore A、Ore B、Ore C)。需要说明的是，表1中的“LOI”表示结晶水的含量(mass%)，是将矿石以1000℃保持30分钟时的重量变化。另外，在表1中，“T.Fe”表示铁矿石中的全部Fe成分的mass%。需要说明的是，“T.Fe”是基于JIS M 8212:2022所规定的铁矿石的总铁定量方法进行定量而得到的值。如表1所示，作为生球团的原料的Ore A及Ore B、Ore C均为T.Fe低于63mass%的低品位矿石。

以下的表2中示出了生球团所使用的矿石的信息(矿石性状)、造粒工序和烧成工序的条件或评价结果。以下，由表2所示的原料性状的矿石，经过后述的造粒工序及烧成工序，得到了实验No.1~17的烧成球团矿。

首先，用球磨机对表2所示的原料矿石进行粉碎(分批处理)，得到了矿石粉。然后，测定了矿石粉的比表面积及真密度。另外，表2中一并记载了由比表面积和真密度计算出的粒径。

接着，在矿石粉中添加膨润土1.0mass%，得到了混合粉。需要说明的是，虽然添加了膨润土作为造粒时的粘合剂，但在本实施方式中并不是必须的。通过盘型造粒机(造粒机，pelletizer)将该混合粉进行造粒，得到了生球团(造粒工序)。在造粒时，以造粒水分(加水量)达到各种水分添加量水平的方式向混合粉中加水并使其转动。需要说明的是，造粒水分可以测定将生球团以105℃保持24小时前后的重量变化而求出。例如，在将生球团以105℃保持24小时后的重量变化比例为-10mass%的情况下，造粒工序中的水分量为10mass%。

对于生球团的粒径而言，使用游标卡尺测定长轴径和短轴径，采用了其平均值(算数平均)。需要说明的是，对于各实验No.的各生球团，分别测量10个球团的粒径，采用它们的平均值(算数平均)作为该实验No.的生球团的粒径。

爆裂性通过烧成工序后的球团矿碎片的产生量而进行了评价。具体而言，如以下所述地评价了爆裂性。首先，将500g生球团装入立式炉(直径60mm的圆筒形状)。将加热至各种温度的空气从生球团的层的下方朝向上方以各种流速通气10分钟。接着，将暴露于该各种温度的空气之后的生球团在与上述炉不同的另外的电炉中加热至1300℃，并以该温度烧成了25分钟(烧成工序)。然后，从炉中取出生球团，用孔径5.6mm的筛子过筛，测定通过了该筛子的球团矿碎片的通过比例(mass%)作为爆裂性的评价。在表2中，将球团矿碎片的通过比例表示为“-5.6mm比例”。另外，在评价了爆裂性之后，对没有发生爆裂的球团矿测定了强度。强度测定通过设定为位移速度1.0mm/min的Autograph来进行，采用了10个的平均值。在表2中表示为“烧成球团矿强度”。

根据表2的结果可知以下内容。首先，对于式(1)所示的爆裂指数X的值为3.000以下的实验No.1~14的烧成球团矿而言，作为爆裂性的指标的球团矿碎片的通过比例(-5.6mm比例)均为3.0mass%以下，具体为1.5mass%以下。即，在本实施方式的这些实验No.1~14中，能够在抑制爆裂的同时得到烧成球团矿。另一方面，在式(1)所示的爆裂指数X的值不为3.000以下的实验No.16和17中，球团矿碎片的通过比例(-5.6mm比例)超过3.0mass%。即，在实验No.16和17中无法抑制爆裂。另一方面可知，在式(1)所示的爆裂指数X的值小于0.100的实验No.15的情况下，烧成强度为250kg/pellet以下，不满足要求强度。

根据以上的结果可知以下内容。在烧成工序的干燥/预热区域中，对于在以式(1)所示的爆裂指数X为0.100~3.00的方式推定的干燥温度和气体流速的条件下进行了处理的发明例而言，球团矿碎片的通过比例(-5.6mm比例)均为3.0mass%以下。因此，可知在烧成后的球团矿中爆裂性良好。另外，可知在上述发明例中，烧成球团矿强度超过250kg/pellet，满足了要求强度。

工业实用性

在本发明的球团矿的制造方法中，对于通过向原料添加水分进行造粒的造粒工序和对造粒物进行烧成的烧成工序而制造的球团矿而言，能够更有效地抑制爆裂，在工业上是有用的。

Claims

1.一种球团矿的制造方法，该方法具有：

造粒工序，在将含有铁成分含有率为63mass%以下的铁矿石和副原料的粉状物质配合而成的原料中添加水分，进行造粒；和

烧成工序，包含干燥/预热区域和随后的烧成区域，对得到的造粒物进行烧成，

在所述烧成工序之前，测定所述原料的比表面积及真密度、造粒工序中的水分添加量，使用得到的测定值推定所述烧成工序的干燥/预热区域中的干燥温度及气体流速的适当值，并使用推定的干燥温度及气体流速的适当值进行所述烧成工序中的干燥/预热区域的处理。

2.一种球团矿的制造方法，其中，

使用所述原料的比表面积及真密度、造粒工序中的水分添加量的测定值，以由下述式(1)求出的爆裂指数X为0.100以上且3.000以下的方式确定干燥温度及气体流速，由此进行所述烧成工序的干燥/预热区域中的干燥温度及气体流速的适当值的推定，

式中，

S_m：原料的比表面积(cm²/g)，

ρ：原料的真密度(g/cm³)，

M：造粒工序中的水分添加量(mass%)，

T：干燥温度(℃)，

VV：气体流速(m/s)。